Sexl Physik 7, Schulbuch

71 | I B S N 71.1 Der Richtungssinn der kreisförmigen Feldlinien um einen Strom entspricht dem Drehsinn einer Rechts-Schraube, die man in Stromrichtung einschraubt. N N S S I 71.2 Das Magnetfeld in der Umgebung eines Kreisstroms entspricht jenem einer kleinen Magnetnadel. 71.3 Im Inneren einer langen Spule herrscht ein nahezu homogenes Magnetfeld ohne Eisenkern mit Eisenkern Remanenz Feldstärke B Stromstärke I Neukurve 71.4 Steigert man den Strom I durch eine Spule mit Eisenkern, so steigt das Magnet- feld B zunächst viel schneller als ohne Eisen- kern (Verstärkungsfaktor µ ≈ 100–1000), bis  alle atomaren Kreisströme parallel gerichtet sind. Schaltet man den Strom langsam aus, bleibt eine Restmagnetisierung (Remanenz) zurück. Ein langer gerader Leiter, durch den der Strom I fließt, ist von einem ringförmigen Magnetfeld umgeben. Dessen Stärke beträgt im Abstand r : ( µ 0 = 4 π ·10 –7 ) . Der Richtungssinn der Feldlinien wird durch die Rechts-Schraubenregel festgelegt. Untersuche, überlege, forsche: Magnetfeld eines Kreisstroms 71.1 Untersuche das Magnetfeld einer stromführenden kreisförmigen Drahtschleife und zeige das Feldlinienbild mit Eisenfeilspänen. Versuche eine Erklärung. Zur Erklärung des Feldverlaufs denken wir uns die Drahtschleife aus kleinen ge- radlinigen Drahtstücken zusammengesetzt. Im Inneren der Schleife verlaufen die Feldlinien aller Drahtstücke in der gleichen Richtung und verstärken einander, au- ßerhalb der Schleife haben die Feldlinien gegenüberliegender Drahtstücke entge- gengesetzte Richtungen und schwächen einander. Das entstehende Feldlinienbild entspricht dem Feld einer kleinen Magnetnadel. Auch die Kräfte zwischen frei drehbaren Stromschleifen entsprechen den Kräften zwischen Magnetnadeln. Durch die Abstoßung antiparalleler Ströme stellen sich die Schleifen parallel zueinander ein. Im Erdmagnetfeld verhält sich eine Strom- schleife wie eine Magnetnadel. Kreisströme verhalten sich wie Magnetnadeln. Das analoge Verhalten von Kreisströmen und Magnetnadeln führte a Mpère zu fol- gender Hypothese: Magnetfelder werden stets durch Ströme hervorgerufen. In Permanentmagneten rufen „atomare Kreisströme“ das Magnetfeld hervor. Untersuche, überlege, forsche: Ampère’sche Kreisströme 71.2 Aus dieser (damals nicht überprüfbaren) Hypothese folgt, dass man beim Zerteilen eines Magneten nie einen einzelnen magnetischen Pol, sondern immer nur Dipole mit Nord- und Südpol erhält. Begründe dieses Resultat. Demo-Experiment: Magnetfeld einer langen Spule 71.1 Das Magnetfeld wird verstärkt, wenn man mehrere Stromschleifen zu einer Spu- le aneinander fügt. So wie eine einzelne Stromschleife einer Magnetnadel entspricht, entspricht das Feld einer Spule dem Feld, das man beim Zusammenfügen vieler kleiner Magnete zu einem Stabmagneten erhält. Die Beobachtung zeigt, dass sich eine einfache Feldverteilung ergibt, wenn die Spule viel länger als ihr Durchmesser ist. Die Feldstärke ist umso größer, je dichter die Spule gewickelt ist, je mehr Windungen sie bei gleicher Länge enthält. Das Magnetfeld B im Inneren einer langen Spule, die vom Strom I durchflossen wird ist nahezu homogen und hat den Betrag . N ist die Anzahl der Windungen der Spule und l die Spulenlänge. Demo-Experiment: Magnetfeld einer Spule mit Eisenkern 71.2 Bringt man einen Eisenkern ins Innere einer langen stromdurchflossenen Spule, so zeigt die Ablenkung einer außen angebrachten Magnetnadel eine Verstärkung des Magnetfelds um einen Faktor 100 bis 1000 an. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv